2.4. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы

некоторых биохимических окислительно-восстановительных систем

Восстановленная форма	Окисленная форма	Е°΄, В
Водородный электрод: Н2 D 2Н+ + 2ē		–0,42
Ферредоксин (Fe2+)	Ферредоксин (Fe3+)	–0,43
НАД × Н + Н+	НАД+	–0,32
НАДФ × Н + Н+	НАДФ+	–0,32
Глютатион (восстановленный)	Глютатион (окисленный)	–0,23
ФАД × Н2	ФАД	–0,05
Кофермент Q × Н2	Кофермент Q	+0,07
Пластохинон (восстановленный) РQ × Н2	Пластохинон окисленный РQ	+0,10
Цитохром с (Fe2+)	Цитохром c (Fe3+)	+0,24
Цитохром a (Fe2+)	Цитохром а (Fe3+)	+0,21
Цитохром а3 (Fe2+)	Цитохром а3 (Fe3+)	+0,39
Кислородный электрод : ½ О2 + 2Н+ + 2ē D Н2О		+0,82

В ходе реакции происходит перенос двух электронов и двух прото-нов от НАДФ × Н + Н⁺ на окисленный глютатион. Стандартный окисли-тельно-восстановительный потенциал системы восстановленный / окис-ленный глютатион при рН 7 равен –0,23 В, а для системы НАДФ⁺ / НАДФ × Н – –0,32 В. Разность стандартных окислительно-восстановительных по-тенциалов акцептора и донора электронов будет равна:

DЕ°΄ = Е°΄_акцт – Е°΄_дон. = Е°΄_{глют. окисл.} – Е°΄_{НАДФ × Н} = –0,23В – (–0,32 В) =

= –0,23В + 0,32 В = 0,09 В.

Изменение свободной энергии в этой реакции в расчёте на 1 моль окисленного глютатиона при стандартных условиях рассчитывают по указанной ранее формуле:

DG°΄ = –nFDЕ°΄ = –2 × 96 406 × 0,09 = –17 353 Дж = –17,35 кДж.

В связи с тем что изменение свободной энергии в рассматриваемой реакции отрицательно, она осуществляется самопроизвольно.

Мы рассмотрели основные способы определения изменения свобод-ной энергии в биохимических системах при стандартных условиях. Однако условия физиологической среды в клетках организмов очень сильно отли-чаются от стандартных условий, особенно по температуре и концентрации веществ. Стандартная температура 25 °С, а температура физиологической среды у разных организмов изменяется в довольно широких пределах. Концентрация веществ в физиологической среде также очень сильно отличается от стандартной (1 моль/л), обычно она составляет сотые и даже тысячные доли моля на 1 л. Изменение свободной энергии вещества в зависимости от температуры и его концентрации в физиологической среде выражается следующим уравнением:

DG_{физиол.} = DG°΄ + RTlnC,

где – DG°΄ – стандартное изменение свободной энергии при рН 7; R – универсальная газовая постоянная (8,31 Дж × моль^-1 × К^-1); Т – температура физиологической среды в единицах шкалы абсолютных температур (в кельвинах); С – концентрация реагирующего вещества или продукта реакции в физиологической среде (моль/л).

Используя данное уравнение, в ходе реакции можно определить изменение свободной энергии для каждого компонента биохимической

системы, находящегося в физиологической среде.

Поскольку концентрации веществ в физиологической среде меньше стандартной концентрации (1 моль/л) и выражаются дробными числами, показатель lnC в указанном выше уравнении будет иметь отрицательные значения, поэтому DG_{физиол.} всегда будет меньше DG°΄, определённого при стандартных условиях. В случае экзергонической реакции в разбавленных физиологических растворах вероятность её самопроизвольного осущест-вления существенно возрастает.